JP2004359174A - タイヤホイール組立体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】タイヤ/リムの内空洞部(3)に、薄肉剛性の環状シェル(4)が弾性リング(5)によってリムに支持される様に構成されたランフラット用中子体(1)を装着したタイヤホイール組立体において、弾性リングが、熱可塑性樹脂(A)にゴム組成物(B)が分散した構造の熱可塑性エラストマー組成物、又は(i)カルボニル基含有基と(ii)複素環アミン含有基とを側鎖に有するエラストマー性ポリマーからなる(ii)水素結合性の熱可塑性エラストマー及び/又は(iv)前記熱可塑性エラストマーの組成物、で構成されていることを特徴とするタイヤホイール組立体。
【選択図】図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、損傷又は空気抜け状態において、制限された運転ができる空気入りタイヤ(以下、ランフラットタイヤという)に用いるタイヤホイール組立体に関し、更に詳しくはタイヤ/リムの内空洞部に設けられる高剛性の環状シェル及び弾性リングからなるランフラット用中子体をリサイクル可能にしたタイヤホイール組立体に関する。
【0002】
【従来の技術】
空気入りタイヤが自動車などの走行中にパンクやバーストなどによって内圧が急激に低下した場合でも、一定距離を走行できる緊急走行可能性を有するランフラットタイヤに対するニーズがあり、かかるニーズに応えて多くの提案がなされている。例えば特許文献1や特許文献2には、空気入りタイヤの内空洞部のリム上にランフラット用支持体(中子体)を装着し、それによってパンク等をした空気入りタイヤを支持することによりランフラット走行を可能にする技術が提案されている。その他特許文献3及び4などにもランフラットタイヤについての開示が認められる。
【0003】
前記ランフラット用中子体は、外周側を支持面にした環状部材を有し、その両脚部に弾性リングを取り付け、弾性リングを介して中子体がタイヤのリム上に支持されるような構造をしている。なお、このランフラット用中子体を用いる技術は従来の一般的な空気入りタイヤのホイール/リムに特別の改造を加えることなく、ホイール/リムをそのまま使用できるため、従来の空気入りタイヤの製造、加工、取付設備をそのまま利用できるという利点を有している。
【0004】
【特許文献1】
特開平10−297226号公報
【特許文献2】
特表2001−519279号公報
【特許文献3】
特開2001−163020号公報
【特許文献4】
特開1998−297226号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
然るに、近年省資源や環境保存などの観点からタイヤ業界においてもタイヤのリサイクル化が重要となってきている。かかる観点からランフラットタイヤのリサイクル性について検討したところ、ランフラット用中子体、特にその構成要素である弾性リングをリサイクル性にすることが必要であることが判明した。
【0006】
従って、本発明はランフラット用タイヤホイール組立体のランフラット用中子体を構成する弾性リングを、ランフラット時の耐久性を確保しながら、使用後の弾性リングをリサイクル性にするようにランフラット用中子体を改良したタイヤホイール組立体を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明に従えば、タイヤ/リムの内空洞部に、薄肉剛性の環状シェルが弾性リングによってリムに支持される様に構成されたランフラット用中子体を装着したタイヤホイール組立体において、弾性リングを熱可塑性樹脂(A)にゴム組成物(B)が分散した構造の熱可塑性エラストマー組成物で構成されていることを特徴とするタイヤホイール組立体が提供される。
【0008】
本発明に従えば、また、タイヤ/リムの内空洞部に、薄肉剛性の環状シェルが弾性リングによってリムに支持される様に構成されたランフラット用中子体を装着したタイヤホイール組立体において、弾性リングが(i)カルボニル基含有基と(ii)複素環アミン含有基とを側鎖に有するエラストマー性ポリマーからなる(iii)水素結合性の熱可塑性エラストマー及び/又は(iv)前記熱可塑性エラストマーの組成物で構成されていることを特徴とするタイヤホイール組立体が提供される。
【0009】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、高剛性の環状シェルと弾性リングとから形成されるランフラット用中子体において、ランフラット時の耐久性を確保しながら、使用後の弾性リングをリサイクル可能とすることを目的として、研究を進めた結果、弾性リングの材質を熱可塑性樹脂にゴムが分散した熱可塑性エラストマー組成物又は水素結合性の熱可塑性エラストマーとすることによって前記目的を達成しうることを見出した。更にこれらの材質の弾性リングと剛性の環状シェルとの接着性を確保するために、環状シェルと弾性リングとの接触面積やシェル脚部形状を工夫することにより、リサイクル性に加えて一層好ましい耐久性を得ることができることを見出した。
【0010】
以下、本発明を図に示す本発明のタイヤホイール組立体の一例により具体的に説明する。図1は本発明のタイヤホイール組立体(車輪)の代表的な実施例の要部を示す子午線断面図である。
【0011】
例えば、図1に示すように、本発明に係るランフラット用中子体1は空気入りタイヤ2のタイヤ/リムの内空洞部3に挿入される高剛性の環状シェル4と弾性リング5とから形成される。このランフラット用中子体1は、外径が空気入りタイヤ2の内空洞部3の内面と一定の距離を保つように空洞部3の内径よりも小さな形状をし、かつその内径は一般的には空気入りタイヤのビード部の内径と略同一の寸法に形成されている。このランフラット用中子体1は、空気入りタイヤ2の内側に挿入された状態で空気入りタイヤ2と共にホイールのリム6に組み込み、タイヤホイール組立体を構成する。このタイヤホイール組立体を自動車などに装着して走行中に空気入りタイヤがパンクなどすると、そのパンクして潰れたタイヤ2がランフラット用中子体1の外周面に支持された状態になって、ランフラット走行が可能となる。
【0012】
以上の通り、本発明のタイヤホイール組立体のランフラット用中子体は、高剛性材料(例えば鉄、ステンレス、スチール、アルミ合金などの金属材料や繊維補強された合成樹脂等)製の環状シェル4と弾性リング5とから構成されており、環状シェル4は、外側にパンクなどをしたタイヤを支えるため連続した支持面を形成し、内側は左右の側壁を脚部とした形状をしている。外側の支持面は、種々の形状をとることができ、例えば図1に示すようにその周方向に直交する横断面の形状が外側に凸曲面になるような形状のもの(その凸曲面のタイヤ軸方向に並ぶ数は図1に示すように2つのものに限らず、3以上のもの、更には単一のものでもよい)、更には平坦その他の形状のものとすることができる。
【0013】
弾性リング5は、例えば環状シェル4の両脚部の端部にそれぞれ取り付け、そのまま左右のリム6上に当接することにより環状シェル4を支持する。この弾性リング5は通常ゴムから構成され、パンクなどをしたタイヤから環状シェル4が受ける衝撃や振動を緩和すると共に、リム6に対する滑り止めの作用をし、環状シェル4をリム6上に安定支持する働きをする。
【0014】
ランフラット用中子体1を構成する高剛性の環状シェル4と弾性リング5とはその接着力を高めるために、好ましくは所定の接着面積を確保するのが良い。リム作業時やランフラット走行時の負荷はタイヤの呼び内径R(インチ)により無次元化され、接着面積をS(cm2 )としたときに、その比S/Rが4.5cm2 /インチ以上であるのが好ましく、8〜20cm2 /インチであるのが更に好ましい。ここで接着面積とは環状シェルの片側端部における剛性材料と弾性リングとの接着面積、即ちその周方向に直交する横断面における環状シェル4の端部の弾性リング5と接しているシェルの表/裏面及び端面を周方向に一周させた全接着面積をいう。
【0015】
さらに、環状シェル4と弾性リング5との接着面は軸方向と、径方向とによって構成されることが良く、両者が略同等であると一層好ましい。かかることによってランフラット走行時に発生する軸方向、径方向の力の双方に耐える構造が形成される。図1において、ランフラット用中子体1、空気入りタイヤ2、リム6は、ホイールの回転軸(図示せず)を中心として共軸に環状に形成する。なお、環状シェルの寸法には特に限定はないが、厚さ0.5〜3.0mmで、幅は左右タイヤビードトウの間隔と略等しくするのが好ましい。
【0016】
弾性リングはランフラット走行中に荷重支持能力を維持するために、100%モジュラス(100℃)が、少なくとも1MPa以上、好ましくは1MPa〜10MPa更に好ましくは2〜5MPaであるのが良い。リサイクル性を備え、上記物性を満足する材料としては、(1)樹脂のマトリクスに、微細なゴム粒子を分散させた複合材が良く、この複合材はマトリクス樹脂の融点で軟化するので、溶融して再利用可能である上に、ゴムの存在により、高温下でも適度な弾性を有する。また(2)水素結合性の熱可塑性エラストマー、すなわち熱可逆架橋ゴムも、融点以上の温度で溶融して再利用可能であり、ランフラット走行の高温下でも適度な弾性を有するので好ましい。その他、上記高温下での物性を備え、融点が少なくとも120℃、好ましくは150℃、更に好ましくは180℃以上であり、かつ100℃以下で、上記ゴム状弾性を有する材料を用いることができる。
【0017】
本発明に従って弾性リングを構成するのに使用することができる熱可塑性エラストマー組成物は、マトリックス樹脂としての、好ましくは融点が150℃以上の熱可塑性樹脂(A)、好ましくはポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリニトリル樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリビニル樹脂、ポリフェニレンオキサイド樹脂及びポリイミド樹脂から選ばれる少なくとも1種の熱可塑性樹脂(A)に、ゴム組成物(B)を、好ましくは(A)/(B)(重量比)が80/20〜25/75、更に好ましくは70/30〜35/65の割合で分散させたもので、熱可塑性樹脂(A)の割合が多過ぎると弾性リングの剛性が高くなり、リム組みが困難になる傾向にあるのであまり好ましくなく、逆に少な過ぎるとゴムを分散させにくくなり、混練が不可能になるおそれがあるのであまり好ましくない。
【0018】
前記ゴム組成物(B)のゴムとしては、例えば天然ゴム、エポキシ化天然ゴム、ジエン系ゴム(例えばポリイソプレンゴム(IR)、ポリブタジエンゴム(BR)、共役ジエン−芳香族ビニル共重合体(例えばSBR)、エチレン性不飽和ニトリル−共役ジエン共重合体(例えばNBR))及びその水添物、オレフィン系ゴム(エチレン−プロピレンゴム(EPDM又はEPM)、マレイン酸変性エチレン−プロピレンゴム(M−EMP)、ブチルゴム(IIR)、イソブチレンと芳香族ビニル又はジエン系モノマー共重合体)、アクリルゴム(ACM)、アイオノマー、含ハロゲンゴム(例えばCIIR、BIIR、イソブチレン−p−メチルスチレン共重合体の臭素化物(Br−IPMS)、クロロプレンゴム(CR)、ヒドリンゴム(CHR、CHC)、クロロスルホン化ポリエチレン(CSM)、塩素化ポリエチレン(CM)、マレイン酸変性塩素化ポリエチレン(M−CM))、含イオウゴム(例えばポリスルフィドゴム)フッ素ゴム(例えばビニリデンフルオライド系ゴム、含フッ素ビニルエーテル系ゴム、テトラフルオロエチレン−プロピレン系ゴム、含フッ素ホスファゼン系ゴム)などをあげることができ、これらは1種のみでも、又は2種以上を混合しても良い。これにカーボンブラック、シリカ、炭酸カルシウム、クレイなどのフィラー、老化防止剤、オイル又は可塑剤、加硫剤、加硫促進剤、加硫助剤などの汎用の添加剤を適宜配合して使用することができる。
【0019】
本発明に従って熱可塑性樹脂(A)中にゴム組成物(B)を分散させる方法としては、例えば予め熱可塑性樹脂(A)とゴム組成物(B)(未加硫物)とを2軸混練押出機等で溶融混練し、連続相を形成する熱可塑性樹脂(A)中にゴム組成物成分(B)を分散させる。ゴム組成物(B)を加硫する場合には、混練下で加硫剤を添加し、ゴムを動的に加硫させても良い。また、熱可塑性樹脂又はゴム組成物への各種配合剤(加硫剤を除く)は、上記混練中に添加しても良いが、混練の前に予め混合しておくことが好ましい。熱可塑性樹脂(A)とゴム組成物(B)の混練に使用する混練機としては、特に限定はなく、スクリュー押出機、ニーダ、バンバリミキサー、2軸混練押出機等が挙げられる。なかでも樹脂成分とゴム組成物成分の混練及びゴム組成物の動的加硫には2軸混練押出機を使用するのが好ましい。さらに、2種類以上の混練機を使用し、順次混練してもよい。溶融混練の条件として、温度は熱可塑性樹脂が溶融する温度以上であれば良い。また、混練時の剪断速度は2500〜7500Sec−1であるのが好ましい。混練全体の時間は30秒から10分、また加硫剤を添加した場合には、添加後の加硫時間は15秒〜5分であるのが好ましい。
【0020】
一方、本発明に従った弾性リングを構成する水素結合性の熱可塑性エラストマー及びそれを含む組成物は一定の温度で軟化するが常温でゴム状弾性を回復する熱可逆性架橋ゴムを形成するもので、具体的には、前述の如く、側鎖(分子末端も含む)に、(i)カルボニル基含有基と、(ii)複素環アミン含有基とを有するエラストマー性ポリマーからなる水素結合性の(iii)熱可塑性エラストマー及び/又はそれに適当な配合剤(例えばカーボンブラック、シリカ、炭酸カルシウム、クレイなどのフィラー、老化防止剤、オイル又は可塑剤、加硫剤、加硫促進剤、加硫助剤などの汎用の添加剤)を適宜配合した熱可塑性エラストマー組成物で、詳しくは例えば特開2000−169527号公報に記載されている。前記(i)カルボニル基含有基としては、アミド、エステル、イミド及びカルボキシルの少なくとも1種をあげることができ、これと(ii)複素環アミン含有基とを有する基の具体例としては下記式(1)〜(5)をあげることができる。
【0021】
【化1】
【0022】
本発明において使用する前記エラストマー性ポリマーとしては、具体的にたとえば、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、1,2−ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、ニトリルゴム、クロロプレンゴムなどのジエン系ゴム、ブチルゴム、エチレン−プロピレン系ゴム(EPDM、EPM)、クロロスルホン化ポリエチレン、アクリルゴム、フッ素ゴムなどのオレフィン系ゴム、エピクロロヒドリンゴム、多硫化ゴム、シリコーンゴム、ウレタンゴムなどを挙げることができる。また樹脂成分を含む熱可塑性エラストマー(TPE)であってもよく、たとえば水添されていてもよいポリスチレン系TPE(SBS、SIS、SEBS)、ポリオレフィン系TPE、ポリ塩化ビニル系TPE、ポリウレタン系TPE、ポリエステル系TPE、ポリアミド系TPEなどであってもよい。
【0023】
上記のエラストマー性ポリマーは、液状、固体状いずれであってもよい。またその分子量は特に限定されず、使用目的、架橋密度などに応じて適宜選択することができる。
【0024】
本発明のエラストマー性ポリマーの側鎖に結合した(i)カルボニル基含有基は、水素結合性であり、具体的にカルボニル基、カルボキシル基(OH)、アミド基、エステル基、イミド基などが挙げられる。このような基を導入しうる化合物としては、カルボン酸およびその誘導体が特に限定されることなく挙げられる。カルボン酸化合物としては、飽和又は不飽和の炭化水素基を有する有機酸が挙げられ、炭化水素基は、脂肪族、脂環族、芳香族カルボン酸などいずれであってもよい。またカルボン酸誘導体としてはカルボン酸無水物、エステル、ケトン、アミノ酸、アミド類、イミド類、チオカルボン酸(メルカプト基含有カルボン酸)が挙げられる。具体的には、マロン酸、マレイン酸、スクシン酸、グルタル酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、p−フェニレンジ酢酸、p−ヒドロキシ安息香酸、p−アミノ安息香酸、メルカプト酢酸などのカルボン酸および置換基含有カルボン酸、無水コハク酸、無水マレイン酸、無水グルタル酸、無水フタル酸、無水プロピオン酸、無水安息香酸などの酸無水物、マレイン酸エステル、マロン酸エステル、スクシン酸エステル、グルタル酸エステル、エチルアセテートなどの脂肪族エステル、フタル酸エステル、イソフタル酸エステル、テレフタル酸エステル、エチル−m−アミノベンゾエート、メチル−p−ヒドロキシベンゾエートなどの芳香族エステル、キノン、アントラキノン、ナフトキノンなどのケトン、グリシン、トリシン、ビシン、アラニン、バリン、ロイシン、セリン、スレオニン、リジン、アスパラギン酸、グルタミン酸、システイン、メチオニン、プロリン、N−(p−アミノベンゾイル)−β−アラニンなどのアミノ酸、マレインアミド、マレインアミド酸(マレインモノアミド)、コハク酸モノアミド、5−ヒドロキシバレラミド、N−アセチルエタノールアミン、N,N’−ヘキサメチレンビスアセトアミド、マロンアミド、シクロセリン、4−アセトアミドフェノール、p−アセトアミド安息香酸などのアミド類、マレインイミド、スクシンイミドなどのイミド類が挙げられる。
【0025】
また(ii)複素環アミン含有基は、含窒素複素環又は該複素環を含む化合物から導入される。含窒素複素環は、複素環内に水素結合性のアミノ基を含むか又は発生する構造であればよい。このような含窒素複素環としては、たとえばピロール、ヒスチジン、イミダゾール、トリアゾリジン、トリアゾール、トリアジン、ピリジン、ピリミジン、ピラジン、インドール、キノリン、プリン、フェナジン、プテリジン、メラミンなどが挙げられる。含窒素複素環は、他のヘテロ原子を環中に含んでいてもよい。また含窒素複素環を含む化合物は、上記のような複素環骨格を有していればよく、特に限定されないが、たとえばエラストマー性ポリマーの主鎖炭素と化学(共有)結合しうる基を有していてもよい。このような基としては、たとえばアミノ基、水酸基、メチレン基、エチレン基、カルボン酸などが挙げられる。このような含窒素複素環を含む化合物としては、具体的に、ジピリジル、エチレンジピリジル、トリメチレンジピリジル、ジピリジルアミン、1,2−ジメチルイミダゾール、2−ベンズイミダゾールウレア、ピロール−2−カルボン酸、3−メチル−ピラゾール、ピリジン、4−メチルピリジン、4(or 2)−ヒドロキシメチルピリジン、2(or 4)−(β−ヒドロキシエチル)−ピリジン、2(or 4)−(2−アミノエチル)−ピリジン、2(or 4)−アミノピリジン、2,6−ジアミノピリジン、2−アミノ−6−ヒドロキシピリジン、6−アザチミン、アセトグアナミン、ベンゾグアナミン、シトラジン酸、1,2,4−トリアゾール、3−アミノ−1,2,4−トリアゾール、3−アミノメチル−1,2,4−トリアゾール、3−メチルアミノ−1,2,4−トリアゾール、3−メチロール−1,2,4−トリアゾール、3−ヒドロキシ−1,2,4−トリアゾール、2−ヒドロキシトリアジン、2−アミノトリアジン、2−ヒドロキシ−5−メチルトリアジン、2−アミノ−5−メチルトリアジン、2−ヒドロキシピリミジン、2−アミノピリミジン、2−アミノピラジン、2−ヒドロキシピラジン、6−アミノプリン、6−ヒドロキシプリンなどが挙げられる。
【0026】
本発明において使用する熱可塑性エラストマーは、上記のような(i)カルボニル基含有基と、(ii)複素環アミン含有基とを、側鎖に、かつ1分子中に有するエラストマー性ポリマーからなる。上記(i)カルボニル基含有基および(ii)複素環アミン含有基は、エラストマー性ポリマーの側鎖にペンダントしてあって、前述したように化学的に安定な結合をしている。この際、(i)カルボニル基含有基および(ii)複素環アミン含有基は、互いに独立の側鎖としてポリマー主鎖に結合していてもよく、また互いに異なる基を介して主鎖に結合することにより、(i)カルボニル基含有基と(ii)複素環アミン含有基とで1つの側鎖を形成していてもよい。このように(i)カルボニル基含有基と(ii)複素環アミン含有基とで1つの側鎖が形成される場合には、主鎖との結合のみならず、(i)カルボニル基含有基と(ii)複素環アミン含有基とも化学的に結合している。この(i)カルボニル基含有基と(ii)複素環アミン含有基とは何らかの結合を介して結合していてもよい。
【0027】
本発明の弾性リング5を構成する材料には、さらに、通常の架橋促進剤、各種オイル、老化防止剤、充填剤、可塑化剤、その他一般ゴム用に一般的に配合されている各種添加剤を配合することができ、これらの添加剤の配合量も、本発明の目的に反しない限り、従来の一般的な配合量とすることができる。
【0028】
【実施例】
以下、実施例によって本発明を更に説明するが、本発明の範囲をこれらの実施例に限定するものでないことはいうまでもない。
【0029】
実施例1〜9、従来例1及び比較例1
表I〜表III に示す配合(重量部)で、従来方法に従って、従来例1、比較例1及び実施例1〜9のタイヤを、タイヤサイズを205/55R16 89V、リムサイズを16×6 1/2JJとしてタイヤホイール組立体をそれぞれ作製した。
【0030】
これら各試験タイヤホイール組立体を以下に示す測定方法により、耐久性の評価試験を行った。結果は表I〜III に示す。
【0031】
耐久性試験
2500cc乗用車に前記試験用タイヤを装着し、前右側のタイヤ内空気圧を0kPa とし、他の3ヶ所のタイヤ内空気圧は200kPa として、90km/hrで故障するまで走行させた。結果は従来例1の値を100として指数表示した。数値が大きいほど耐久性が良いことを示す。
【0032】
【表1】
【0033】
【表2】
【0034】
【表3】
【0035】
【発明の効果】
以上の通り、本発明に従えば、ランフラットタイヤ用の中子体を構成する弾性リングを、熱可塑性樹脂(A)にゴム組成物(B)を分散、好ましくは動的加硫させて分散、させた熱可塑性エラストマー組成物で構成するか、又は側鎖にカルボニル基含有基及び被素環アミン含有基を有する水素結合性の熱可塑性エラストマーもしくはその組成物で構成することによって、ランフラット走行中の高温下での荷重支持力を有するリサイクル性のある弾性リングを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のタイヤホイール組立体の一例の要部を示す子午線断面図である。
【符号の説明】
1…ランフラット用中子体
2…空気入りタイヤ
3…タイヤ/リムの内空洞部
4…高剛性環状シェル
5…弾性リング
6…リム
Claims (7)
- タイヤ/リムの内空洞部に、薄肉剛性の環状シェルが弾性リングによってリムに支持される様に構成されたランフラット用中子体を装着したタイヤホイール組立体において、弾性リングが熱可塑性樹脂(A)にゴム組成物(B)が分散した構造の熱可塑性エラストマー組成物で構成されていることを特徴とするタイヤホイール組立体。
- 前記弾性リングを構成する熱可塑性樹脂(A)の融点が150℃以上であり、熱可塑性樹脂(A)とゴム組成物(B)との重量比(A)/(B)が80/20〜25/75である請求項1に記載の組立体。
- 前記ゴム組成物(B)が混練中に動的加硫されたものである請求項1又は2に記載の組立体。
- 前記熱可塑性樹脂(A)がポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリニトリル樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリビニル樹脂、ポリフェニレンオキサイド樹脂及びポリイミド樹脂から選ばれる少なくとも1種の熱可塑性樹脂である請求項1〜3のいずれか1項に記載の組立体。
- タイヤ/リムの内空洞部に、薄肉剛性の環状シェルが弾性リングによってリムに支持される様に構成されたランフラット用中子体を装着したタイヤホイール組立体において、弾性リングが(i)カルボニル基含有基と(ii)複素環アミン含有基とを側鎖に有するエラストマー性ポリマーからなる(iii)水素結合性の熱可塑性エラストマー及び/又は(iv)前記熱可塑性エラストマーの組成物で構成されていることを特徴とするタイヤホイール組立体。
- タイヤの呼び内径R(インチ)とゴム/金属の接着面積S(cm2 )との比S/Rが4.5cm2 /inch以上である請求項1〜5のいずれか1項に記載のタイヤホイール組立体。
- 接着面が略軸方向面と略径方向面とによって構成されている請求項6に記載の組立体。
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